基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统和方法。该系统应用在扫描电子显微镜下，主要包括微纳操作机器人、测试单元切换装置、多模式测试单元。该系统所采用的方法为：利用扫描电子显微镜大视场搜索能力快速锁定目标，驱动微纳操作机器人对表征目标进行精准微操控，通过控制测试单元切换装置实现多模式测试单元的快速转换，达到末端执行器自动更换与多性能表征并行实施的目的，从而实现高通量多模式表征测试。本发明专利技术具备高通量多模式表征能力，且具有操控速度快、表征效率高等特点。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术公开了一种基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统和方法，属于微纳技术、微纳操作技术、测试

技术介绍
实验手段是材料科学研究的重要方法，利用不同的实验仪器和方法能对新合成材料或微结构的性能进行测试和表征，从而实现材料大数据库的建立，同时也是“材料基因组”概念所追求的目标。目前，原子力显微镜（AFM）是常用的材料或微结构测试表征的仪器，其分辨率可达原子级别，具备优良的力或电性能测试能力和微区三维形貌成像能力。但是，由于其成像原理和结构的限制，其扫描范围小、测试速度慢、测试方式单一等特点也制约了进一步地发展。扫描电子显微镜具有视场范围大、快速移动能力强和良好的形貌成像能力，在材料形貌表征和分析领域具有明显的优势，但其仅限于形貌表征和成分分析，无法对材料微观性能进行表征。同时，单一的性能表征模式须对样品和设备进行多次重调整和设置，增加了测试时间和难度。而微纳操作机器人的出现，拓展了微尺度下对研究对象进行操作和表征的能力，使得微纳米材料研究变得更加多元化。高通量表征技术追求高速性、高效性目标，要求在较短时间内实现实验数据量的最大化，因此也要求进一步改善材料表征技术的单一模式和方法。
技术实现思路
为了克服上述现有技术的不足，本专利技术提供了一种基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统和方法，解决了现有测试仪器表征模式单一、表征效率低等问题，同时将微纳操作机器人集成在扫描电子显微镜下进行高通量多模式测试能实现快速搜索目标、精准微区操控和多维性能表征的功能，具备高通量多模式表征能力，且具有操控速度快、表征效率高等特点。为了达到上述目的，本专利技术的构思是：将微纳操作机器人安装在扫描电子显微镜内，其运动平台上分别安装测试单元切换装置，多模式测试单元分别固连在测试单元切换装置的不同工位夹具上，不同的末端执行器分别安装在多模式测试单元上。利用扫描电子显微镜大视场搜索能力快速锁定目标，驱动微纳操作机器人对表征目标进行精准微操控，通过自动控制测试单元切换装置实现多模式测试单元的快速转换，达到末端执行器自动更换与多模式性能测试并行实施的目的，从而实现高通量多模式表征。根据上述专利技术构思，本专利技术采用下述技术方案：一种基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统，应用在扫描电子显微镜下，微纳操作机器人安装在扫描电子显微镜内，所述微纳操作机器人的运动平台上分别安装测试单元切换装置，多模式测试单元分别固连在测试单元切换装置的不同工位夹具上，不同的末端执行器分别安装在多模式测试单元上。一种基于微纳操作机器人的高通量多模式表征方法，应用上述的基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统，操作步骤如下：1）利用扫描电子显微镜的大视场搜索能力快速锁定表征目标，并对其进行编号A1，A2，…，An；2）控制微纳操作机器人的运动平台，使其移动至表征目标区域，利用微纳操作机器人对表征目标进行精准微操控，获得表征测试所需的方位和姿态；3）驱动微纳操作机器人运动平台上的测试单元切换装置，快速自动转换测试单元切换装置上的不同夹具工位，从而更换不同工位夹具上的多模式测试单元；4）控制不同工位夹具上的多模式测试单元，利用多末端执行器协作对不同表征目标在给定模式下进行并行测试；5）重复上述步骤2）至步骤4），实现同时对各表征目标进行精准微操控和多模式表征测试；6）实时并行处理各模式下获取的测试数据，传输至集成化终端上位机，建立大数据库，从而实现对表征目标进行多模式高通量表征。本专利技术与现有技术相比，具有如下显而易见的突出实质性特点和显著优点：本专利技术针对现有测试仪器表征方式单一、表征效率低等问题，将微纳操作机器人集成在扫描电子显微镜下进行高通量多模式测试，能实现快速搜索目标、精准微区操控和多维性能表征的功能，具备高通量多模式表征能力，且具有操控速度快、表征效率高等特点。附图说明图1为基于微纳操作机器人的高通量多模式表征方法基本流程图。图2为基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统框图。图3为基于微纳操作机器人的高通量表征平台示意图。图4为基于微纳操作机器人的高通量力电性能表征流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术中的优选实施例进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例。参见图2~图3，一种基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统，应用在扫描电子显微镜下，微纳操作机器人安装在扫描电子显微镜内，所述微纳操作机器人的运动平台上分别安装测试单元切换装置，多模式测试单元分别固连在测试单元切换装置的不同工位夹具上，不同的末端执行器分别安装在多模式测试单元上。参见图1~图4，一种基于微纳操作机器人的高通量力电模式表征方法，应用上述的基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统，操作步骤如下：1）利用扫描电子显微镜的大视场搜索能力快速锁定表征目标，并对其进行编号A1，A2，A3；2）控制微纳操作机器人的运动平台，使其移动至表征目标区域A1，利用微纳操作机器人对表征目标进行精准微操控，获得表征测试所需的方位和姿态；3）驱动微纳操作机器人运动平台上的测试单元切换装置，快速自动转换夹具至力模式测试工位，利用力模式测试单元驱动末端执行器协作对表征目标作并行力性能测试，获取表征目标的各杨氏模量；4）驱动微纳操作机器人运动平台上的测试单元切换装置，快速自动转换夹具至电模式测试工位，利用电模式测试单元驱动末端执行器协作对表征目标作并行电性能测试，获取表征目标的各电导率；5）重复上述步骤2）至步骤4），实现同时对各表征目标进行精准微操控和力电模式表征测试的目的；6）实时并行处理各模式下获取的测试数据，传输至集成化终端上位机，建立大数据库，从而实现对表征目标进行力电模式高通量表征。本专利技术的实施例将微纳操作机器人集成在扫描电子显微镜下，对研究对象进行力电模式高通量表征，能实现快速搜索目标、精准微区操控和多维性能表征的功能，具有操控速度快、表征效率高等特点。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统，应用在扫描电子显微镜下，其特征在于：微纳操作机器人安装在扫描电子显微镜内，所述微纳操作机器人的运动平台上分别安装测试单元切换装置，多模式测试单元分别固连在测试单元切换装置的不同工位夹具上，不同的末端执行器分别安装在多模式测试单元上。

【技术特征摘要】
1.一种基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统，应用在扫描电子显微镜下，其特征在于：微纳操作机器人安装在扫描电子显微镜内，所述微纳操作机器人的运动平台上分别安装测试单元切换装置，多模式测试单元分别固连在测试单元切换装置的不同工位夹具上，不同的末端执行器分别安装在多模式测试单元上。2.一种基于微纳操作机器人的高通量多模式表征方法，应用权利要求1中的基于微纳操作机器人的高通量多模式表征系统，其特征在于，操作步骤如下：1）利用扫描电子显微镜的大视场搜索能力快速锁定表征目标，并对其进行编号A1，A2，…，An；2）控制微纳操作机器人的运动平台，...

【专利技术属性】
技术研发人员：曹宁，谢少荣，罗均，龚振邦，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海;31